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Classification périodique des éléments
I) Classification moderne
1)Remarques générales.
Cette classification comporte 7 lignes (ou périodes) et 18 colonnes.
Les éléments sont classés par numéros atomiques croissants.
La classification périodique traduit le remplissage progressif des couches électroniques des
atomes.
En classe de seconde, nous nous contentons d'étudier un tableau réduit, ne contenant que les dix
huit premiers éléments soit 8 colonnes.
2)Présentation du tableau simplifié.
La classification périodique simplifiée ne comporte que les trois premières périodes. En plus du symbole
de l'élément, on indique le nombre de nucléons du noyau et la structure électronique de l’atome associé à
l'élément chimique.
3)Caractéristique de cette représentation
Chaque ligne du tableau est appelée période.
Une nouvelle période est utilisée chaque fois qu'une couche électronique est pleine (saturée) :
Première ligne: couche K, deuxième ligne: couche L, troisième ligne: couche M.
Dans une même colonne, les atomes des éléments ont la même structure électronique externe : les
atomes des éléments de la colonne (1) ont 1 électron sur la couche externe, ceux de la colonne (2)
en ont 2 sur la couche externe etc...
II) Les familles d’éléments chimiques
Les atomes des éléments d'une même colonne ont des propriétés chimiques très semblables, même si elles
ne sont pas rigoureusement identiques. On dit que les éléments d'une même colonne constituent une
famille chimique.
Les éléments de la première colonne, notée (1), (à l'exception de l'hydrogène) constituent la
famille des métaux alcalins. Ils possèdent 1 électron sur leur couche externe.
Les éléments de la deuxième colonne, notée (2), constituent la famille des métaux
alcalino-terreux. Ils possèdent 2 électrons sur leur couche externe.
Les éléments de la dix septième colonne, notée (17) dans la présentation réduite, constituent la
famille des halogènes. Ils possèdent 7 électrons sur leur couche externe.
· Les éléments de la dix huitième colonne, notée (18) dans la présentation réduite, constituent la famille
des gaz rares (ou gaz inertes). Ils possèdent 8 électrons sur leur couche externe.
III)Utilisation de la Classification périodique
1)Prévision de la charge d’un ion monoatomique
Les atomes situés dans la colonne 1, 2 et 3 de la Classification périodique, ont respectivement 1,
2, 3 électrons sur leur couche externe. Ils peuvent les perdre pour donner des cations portant 1, 2, 3
charges élémentaires. (Li+, Na+, Be2+, Al3+)
· Les atomes situés dans les colonnes 7, 6 et 5 de la Classification périodique ont 7, 6 et 5
électrons sur leur couche externe. Ils peuvent gagner 1, 2 ou 3 électrons pour donner des anions
portant 1, 2, 3 charges élémentaires (Cl- , O-2).
2) Prévision du nombre de liaison covalente
Une liaison covalente entre deux atomes correspond à la mise en commun entre ces deux atomes
de deux électrons de leurs couches externes pour former un doublet d'électrons appelé doublet
liant.
Pour l'hydrogène dont seule la couche K est concernée, la règle du duet permet de prévoir que cet
atome peut donner une liaison covalente.
Pour les atomes des autres éléments dont les couches externes sont L ou M et qui possèdent p
électrons dans cette couche externe (ils appartiennent alors à la colonne p), la règle de l'octet permet
de prévoir qu'ils peuvent établir 8-p liaisons covalentes.
Exemple: L'oxygène se situe dans la colonne p=6, il peut établir un nombre n(liaisons) de liaisons
covalentes tel que: n(liaisons)=8-p => n(liaisons)=8-6 => n(liaisons)=2
IV) Représentation de Lewis des molécules.
1)Doublets liants.
Les doublets liants ont été définis précédemment comme les doublets mis en commun entre deux atomes.
Ce sont eux qui assurent les liaisons entre les atomes.
2)Doublets non liants.
Les doublets non liants sont les paires d'électrons qui ne servent pas de liaisons entre deux atomes.
3)La règle du "duet"
La règle du duet s'applique sur les atomes proches de l'hélium pour adopter une stabilité maximale. Elle
consiste à gagner ou à perdre un ou plusieurs électrons sur la couche externe pour compléter la couche K à
deux électrons.
4)la règle de "l'octet"
La règle de l'octet s'applique tous les autres atomes pour adopter une stabilité maximale. Elle consiste à
gagner ou à perdre un ou plusieurs électrons sur la couche externe pour compléter les couches L ou M à 8
électrons.
5) Représentation de Lewis des molécules.
La représentation de Lewis d'une molécule fait apparaître tous les atomes de la molécule ainsi que tous les
doublets liants et non liants le cas échéant.
Dans la représentation de Lewis, la règle du "duet" doit être satisfaite pour chaque atome d'hydrogène et la
règle de "l'octet" doit être satisfaite pour tous les autres atomes.
6) Méthode permettant d'établir la représentation de Lewis d'une molécule.
Déterminer le nombre d'électrons périphériques apportés par chaque atome de la molécule, ne
Déterminer le nombre d’électrons qui manquent à chaque atome pour respecter la règle du duet ou
de l’octet nl.
Déterminer le nombre total nt d'électrons périphériques de la molécule.
En déduire le nombre de doublets nd (liants et non liants) à répartir dans la molécule. Pour cela il
suffit de diviser nt par 2.
Déterminer le nombre total de doublets liants ndl de la molécule en divisant la somme des
nombres des nl de chaque atomes par 2.
En déduire le nombre de doublets non liants ndn = nd - ndl et les répartir autour des atomes en
respectant la règle de l'octet.
V)Exemples
1)Exemple n°1
On veut représenter le modèle de Lewis de la molécule de chlorure d'hydrogène HCl. (H: Z=1; Cl: Z=17.)
H: 1 électron périphérique. Cl: 7 électrons périphériques.nt=1+7 =8 .
Le nombre de doublets est alors nd =4
H établit 1 liaison covalente et Cl établit 1 liaison covalente. Ce qui correspond à un doublet
liant mis en commun entre ces deux atomes.
Il reste donc 3 doublets non liants qui seront répartis autour de l'atome de chlore de façon à
respecter la règle de l'octet. Le respect de la règle du duet est assuré pour l'atome d'hydrogène
par la présence du doublet liant.
La représentation de Lewis de la molécule est :
H
Cl
2)Exemple n°2
a) Le numéro atomique du fluor est 9 et son nombre de masse est 19. Donner le nombre de
protons et de neutrons contenus dans son noyau.
b) Donner la structure électronique de l'atome de fluor.
c) Quelle place occupe-t-il dans la classification périodique (ligne et colonne)?
d) A quelle famille appartient-il ?
e)Le fluor peut donner un ion ou former une molécule. A quelle règle, l'élément fluor obéit-il en
formant cet ion ou cette molécule. Enoncez cette règle ainsi que son nom.
f)Donner la formule chimique de l'ion que peut donner le fluor
g)Une molécule est un corps simple si elle est constituée uniquement d'un même type d'atomes.
Quel corps simple peut donner le fluor ? Justifier puis donner le schéma de Lewis de la molécule
obtenue.
h)En vous aidant de la classification périodique, citer un élément ayant des propriétés similaires.
3)Exemple n°3
L'élément lithium (symbole chimique Li) a pour structure électronique : K2 L1 .
a) Donner le numéro atomique de l'élément Lithium.
b) Sachant que la masse de l'atome de lithium est m= 1,17 x 10-26 kg trouver le nombre de
nucléons A puis de neutrons N dans le noyau. Faites précéder votre calcul d'une expression
littérale et d'une justification.
c) Donner le symbole du noyau de l'atome de lithium.
d)Cet atome n'est pas stable, il peut former un ion. Lequel (donner sa formule chimique) et
pourquoi ?
e)Sachant que la somme des charges est nulle dans un composé ionique, trouver la formule du
fluorure de lithium.
f)Quel composé peut-on envisager en remplaçant le lithium par le potassium. Donner son nom et
sa formule.
4)Exemple n°4
a) Le numéro atomique du béryllium est 4 et son nombre de masse est 9. Donner le nombre de
protons et de neutrons contenus dans son noyau.
b) Donner la structure électronique de l'atome de béryllium.
c) Quelle place occupe-t-il dans la classification périodique (ligne et colonne)?
d) A quelle famille appartient-il ?
e)Le béryllium peut donner un ion ou former une molécule. A quelle règle, l'élément béryllium
obéit-il en formant cet ion ou cette molécule. Enoncez cette règle ainsi que son nom.
f)Donner la formule chimique de l'ion que peut donner le béryllium
g) Justifier puis donner le schéma de Lewis de la molécule de chlorure de béryllium (BeCl2).
h)En vous aidant de la classification périodique, citer un élément ayant des propriétés similaires.
5)Exemple n°5
a) Le numéro atomique de l'oxygène est 8 et son nombre de masse est 16. Donner le nombre de
protons et de neutrons contenus dans son noyau.
b) Donner la structure électronique de l'atome d'oxygène.
c) Quelle place occupe-t-il dans la classification périodique (ligne et colonne)?
d)L' oxygène peut donner un ion ou former une molécule. A quelle règle, l'élément oxygène
obéit-il en formant cet ion ou cette molécule. Enoncez cette règle ainsi que son nom.
e)Donner la formule chimique de l'ion que peut donner l'oxygène
f)Une molécule est un corps simple si elle est constituée uniquement d'un même type d'atomes.
Quel corps simple peut donner l'oxygène ? Justifier puis donner le schéma de Lewis de la
molécule obtenue.
g)En vous aidant de la classification périodique, citer un élément ayant des propriétés similaires.
6)Exemple n°6
L'élément aluminium (symbole chimique Al) a pour structure électronique : K2 L8M3 .
a) Donner le numéro atomique de l'élément Aluminium.
b) Sachant que la masse de l'atome d'aluminium est m= 4,51 x 10-26 kg trouver le nombre de
nucléons A puis de neutrons N dans le noyau. Faites précéder votre calcul d'une expression
littérale et d'une justification.
c) Donner le symbole du noyau de l'atome de aluminium.
d)Cet atome n'est pas stable, il peut former un ion. Lequel (donner sa formule chimique) et
pourquoi ?
e)Sachant que la somme des charges est nulle dans un composé ionique, trouver la formule du
fluorure d'aluminium.
f)Quel composé peut-on envisager en remplaçant l'aluminium par le Bore . Donner son nom et sa
formule.
7)Exemple n°7
a) Le numéro atomique de phosphore est 15 et son nombre de masse est 31. Donner le nombre de
protons et de neutrons contenus dans son noyau.
b) Donner la structure électronique de l'atome de phosphore.
c) Quelle place occupe-t-il dans la classification périodique (ligne et colonne)?
d)Le phosphore peut donner un ion ou former une molécule. A quelle règle, l'élément phosphore
obéit-il en formant cet ion ou cette molécule. Enoncez cette règle ainsi que son nom.
e)Donner la formule chimique de l'ion que peut donner le phosphore
f)Donner la configuration électronique de l'ion phosphore
g)Donner le schéma de Lewis de la molécule PCl3.
h)En vous aidant de la classification périodique, citer un élément ayant des propriétés similaires.
8)Exemple n°8
Donner en justifiant votre réponse le schéma de Lewis des molécules suivantes
a)H2O
b)NH3
c)CH4
d)C2H6
e)N2
f)CO2
g)SiF4
h)H2S
i)C2H2
j)C2H4
k)H2CO2
l)H2CO
m)CH4O